KR20000029764A - Active substance screening process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 활성 화합물의 스크리닝 방법, 특히 활성 화합물 분야에서 대량 스크리닝 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 근거리 현미경 기기의 용도, 및 근거리 현미경 기기 및 조절 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 나노 스케일 적정 기기에 관한 것이다.The present invention relates to methods of screening active compounds, in particular mass screening methods in the field of active compounds. The invention also relates to the use of a near-microscope instrument and to an apparatus comprising a near-microscope instrument and a control device. The invention also relates to nanoscale titration instruments.
효소 또는 수용체, DNA 뉴클리아제 또는 폴리머라제, 프로테아제, 예를 들면, 트롬빈, 막 수용체, 핵 수용체 또는 결합 단백질에 대한 작용과 관련하여 개선되어 온, 새로운 기본 구조, 즉 리간드, 효능제 또는 활성 화합물과 같은 분자 구조의 발견은 오늘날까지도 여전히 노동과 시간이 많이 드는 연구 과정이다.New basic structures, ie ligands, agonists or active compounds, which have been improved with respect to the action on enzymes or receptors, DNA nucleases or polymerases, proteases such as thrombin, membrane receptors, nuclear receptors or binding proteins The discovery of such molecular structures is still a laborious and time-consuming process of research to this day.
이의 성공은 표적 분자, 예를 들면, 수용체에 대한 활성 물질을 발견할 때까지 매우 다수의 물질을 스캐닝해야 하므로 우연성에 크게 의존한다. 다수의, 예를 들면, 100,000 내지 1,000,000 가지의 물질의 생활성 연구는 세포 또는 효소를 사용한 활성 연구가 긴 배양 시간을 필요로 한다는 것을 고려할때, 매우 장시간이 걸린다. 따라서, 이러한 다수의 물질은 시험이 똑같이 매우 민감하고, 매우 빠른 경우에만 빠르게 시험되고, 조사될 수 있다.Its success depends heavily on contingency as it has to scan a very large number of substances until it finds an active substance for a target molecule, for example a receptor. Bioactivity studies of many, for example, 100,000 to 1,000,000 substances, take very long time, considering that activity studies with cells or enzymes require long incubation times. Thus, many of these materials can be tested and investigated quickly only if the tests are equally very sensitive and very fast.
많은 경우에 형광법이 이러한 시험에 사용된다. 이는 매우 민감하지만, 또한 실패하기 쉽다. 또한, 이러한 시험 방법은 실제 배양으로부터 측정 과정에 이르기까지 다중의 추가 처리 단계를 필요로 하기 때문에 매우 시간 소비적이다. 예를 들어, 이들은 특히 배경 형광을 감소시켜서 신호 대 노이즈 비율을 증가시키기 위한 세척 단계를 포함한다. 일반적으로 검출법의 민감도의 개선은 시험 속도를 저하시킨다고 말할 수 있다. 이러한 두 가지 문제에 대한 단일 시험 방법 또는 상응하는 장치에 의한 동시 해결은 지금까지는 불가능하게 보였다.In many cases fluorescence is used for this test. It is very sensitive but also prone to failure. In addition, this test method is very time consuming because it requires multiple additional processing steps from the actual culture to the measurement process. For example, they include a washing step to increase the signal to noise ratio, in particular by reducing the background fluorescence. In general, it can be said that improving the sensitivity of the detection method slows down the test. Simultaneous resolution by either a single test method or a corresponding device for these two problems has so far been impossible.
최근에, 비니크 (Binnig) 및 로러 (Rohrer)에 의한 스캐닝 터널링 현미경 (Scanning Tunneling Microscopy)의 발견[G. Binnig, H. Rohrer, C. Gerber, E. Weibel, Phys, Rev. Lett. 49 (1982), 57]은 초고도 민감성 스캐닝 프로브 방법의 영역에 빠른 발전을 가져왔다.Recently, the discovery of Scanning Tunneling Microscopy by Binig and Rohrer [G. Binnig, H. Rohrer, C. Gerber, E. Weibel, Phys, Rev. Lett. 49 (1982), 57, have led to rapid advances in the field of ultra-high sensitivity scanning probe methods.
스캐닝 터널링 현미경에서는 금속 팁을 전도성 또는 반전도성 샘플 상에서 한줄씩 이동(스캐닝)시킨다. 팁과 샘플 사이의 매우 작은 거리에서 생성된 터널링 전류는 조절 변수로서, 검사하는 표면의 높이 프로필 및(또는) 전자 구조 프로필을 기록한다. 이는 표준 실험실 조건하에서 약 0.1 nm의 원자 해상력으로 구조를 검사한다. 1986년에, 이는 스캐닝 원자력 현미경 (SAFM)을 통해 비전도성 샘플에 적용되었다[G. Binnig, C.F. Quate, C. Gerber, Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 930]. 이는 중합체성 물질[G.Krausch, M. Hipp, M. Boltau, O. Marti, J. Mlynek, Macromolecules 28 (1995) 260] 및 생물학적 구조물의 검사를 생리학적 조건[C. Bustamante, D. Keller, Physics Today, December 1995, 32]하에서도 허용하였다. SAFM에서 스캐닝은 가요성 캔틸레버 상에서 대개 피라미드형인 규소 또는 질화규소팁을 사용하여 수행된다. 캔틸레버의 기울기는 일반적으로 광학적으로 측정되고, 높이 프로필을 재구성하기 위해 사용된다.In scanning tunneling microscopes, metal tips are moved (scanned) line by line on conductive or semiconducting samples. The tunneling current generated at a very small distance between the tip and the sample is a control parameter, recording the height profile and / or electronic structure profile of the surface being inspected. It examines the structure at atomic resolution of about 0.1 nm under standard laboratory conditions. In 1986, this was applied to nonconductive samples via scanning atomic force microscopy (SAFM). Binnig, C. F. Quate, C. Gerber, Phys. Rev. Lett. 56 (1986) 930]. This is due to the examination of polymeric materials [G. Kraussch, M. Hipp, M. Boltau, O. Marti, J. Mlynek, Macromolecules 28 (1995) 260] and biological structures [C. Bustamante, D. Keller, Physics Today, December 1995, 32]. Scanning in SAFM is performed using silicon or silicon nitride tips, which are usually pyramidal on a flexible cantilever. The tilt of the cantilever is generally optically measured and used to reconstruct the height profile.
전술한 팁 대신에 레이저광이 공급되는 광섬유가 샘플 위에 프로브로서 움직이고, 샘플 특성에 따라 반사 또는 투과되는 빛이 광검출기의 도움으로 검출되면, 스캐닝 근거리 광학 현미경법 (SNOM 또는 NSOM)이 성취된다[H. Heinzelmann, D.W. Pohl, Appl. Phys. A 59 (1994) 89; E. Betzig, J. Trautman, Science 257 (1992) 189]. 통상적인 광학기기에서 발생하는 굴절 한계를 피함으로써, 흡착, 반사, 편광, 형광 등과 같은 모든 통상의 광학 대조 메카니즘을 사용한 이러한 방법은 매우 높은 국소 해상도를 나노미터 영역까지 가능하게 한다. 형광 현미경법에서 개개의 형광 분자를 검출하는 민감도가 성취된다[E. Betzig, R.J. Chichester, Science 262 (1993) 1422]. 이 방법은 도 1에 도식적으로 나타냈다.Scanning near-field optical microscopy (SNOM or NSOM) is achieved when an optical fiber to which laser light is supplied moves as a probe on the sample instead of the aforementioned tip, and light reflected or transmitted according to the sample characteristics is detected with the aid of a photodetector [ H. Heinzelmann, D.W. Pohl, Appl. Phys. A 59 (1994) 89; E. Betzig, J. Trautman, Science 257 (1992) 189]. By avoiding the refraction limits that occur in conventional optics, this method using all conventional optical contrast mechanisms such as adsorption, reflection, polarization, fluorescence, etc., allows very high local resolution down to the nanometer range. Sensitivity to detecting individual fluorescent molecules in fluorescence microscopy is achieved [E. Betzig, R.J. Chichester, Science 262 (1993) 1422]. This method is shown schematically in FIG. 1.
앞서 예로 전술한 SNOM 기기외에, 추가 기기가 선행 기술에 기재되어 있다. 예를 들면, 4면체 팁 (Koglin J. et al., Photos and Local Probes. Proc. of the NATO Advanced Research Workshop. Ed. Mart O. et al. Kluwer Academic Publ. 1995) 또는, 예를 들면, 광전도성 팁 (Akamine S. et al., Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems 1995, page 155)이 사용될 수 있다.In addition to the SNOM devices described above as examples above, additional devices are described in the prior art. For example, tetrahedral tips (Koglin J. et al., Photos and Local Probes.Proc. Of the NATO Advanced Research Workshop.Ed. Mart O. et al.Kluwer Academic Publ. 1995) or, for example, light Conductive tips (Akamine S. et al., Proceedings IEEE Micro Electro Mechanical Systems 1995, page 155) can be used.
이러한 기술은 생물학적 분야에서 산발적인 조사에만 사용되어 왔는데, 예를 들면, 문헌[S. Smith et al., Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 1855, 81 (1994) (Scanning Probe Microscopies II) 또는 D.M.N. Jondle et al., Chromosome Research 3, 239 (1995)]을 참조할 수 있다. 두 번째 참고 문헌은 SAFM에 의한 과일파리의 침샘으로부터 폴리텐 크로모좀의 초미세 구조의 조사를 기재하고 있다.This technique has only been used in sporadic investigations in the biological field, for example, S. Smith et al., Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 1855, 81 (1994) (Scanning Probe Microscopies II) or D.M.N. Jondle et al., Chromosome Research 3, 239 (1995). A second reference describes the investigation of the ultrastructure of polyten chromosomes from salivary glands of fruit flies by SAFM.
본 발명의 목적은 다수의 샘플을 매우 짧은 시간내에 검사할 수 있는 활성 화합물의 스크리닝 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 시간을 절약할 뿐만 아니라 지금까지의 통상적인 방법과 비교할 때 가능한 한 적은 작업을 필요로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for screening active compounds which can test a large number of samples in a very short time. This method not only saves time, but requires as little work as possible compared to conventional methods up to now.
본 발명자들은 이 목적이 스캐닝 근거리 광학 현미경 기기 (SNOM 기기)에 의해 관찰될 수 있는 신호 [S]의 변화로부터 활성 화합물을 검출하는 방법에 의해 달성될 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 스크리닝 방법에서 SNOM 기기의 용도 및 근거리 현미경 기기, 단일 또는 다수의 샘플용 홀더 및 SNOM 기기에 의해 단일 또는 다중 샘플 홀더의 개개의 구획을 선택할 수 있는 조절 기구를 포함하는 장치에 관한 것이다.The inventors have found that this object can be achieved by a method for detecting active compounds from changes in signal [S] that can be observed by scanning near-field microscopy (SNOM instruments). Accordingly, the present invention relates to a device comprising a use of a SNOM instrument in a screening method and an adjustment mechanism capable of selecting a local microscope instrument, a holder for a single or multiple samples, and an individual compartment of a single or multiple sample holder by the SNOM instrument. will be.
본 발명의 바람직한 실시 태양은 종속항의 내용이다.Preferred embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
도 1은 광섬유를 사용한 SNOM 기기의 기본 구조를 나타낸다.1 shows a basic structure of a SNOM device using an optical fiber.
도 2a) 및 b)는 활성 화합물 W2및 추가 활성 화합물 Wx를 포함하는 용액을 수용체 R1및 형광-표지된 활성 화합물 W1의 복합체에 첨가 전 [a)] 또는 후 [b)]에 SNOM을 사용한 신규 스크리닝 방법을 나타내는 반응 단계를 나타낸다.2a) and b) shows SNOM before [a)] or after [b)] adding a solution comprising active compound W 2 and additional active compound Wx to a complex of receptor R 1 and fluorescently-labeled active compound W 1 . The reaction step which shows the novel screening method using was shown.
도 3a) 및 b)는 수용체 R1및 활성 화합물 W1의 위치가 상호교환된, 도 2a) 및 b)에서와 동일한 반응 단계를 나타낸다.Figures 3a) and b) show the same reaction steps as in Figures 2a) and b) where the positions of the receptor R 1 and the active compound W 1 are interchanged.
도 4는 샌드위치 기술 형태의 신규 방법의 실시 태양에서 발생하는 반응 단계를 나타낸다.4 shows reaction steps taking place in an embodiment of a novel method in the form of a sandwich technology.
도 5는 미지의 활성 화합물 Wx가 수용체의 구조 변화로부터 간접적으로 검출되는 신규 방법의 추가의 실시 태양을 나타낸다.5 shows a further embodiment of the novel method in which the unknown active compound Wx is detected indirectly from structural changes in the receptor.
<도면에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about drawing>
도 11
1: 광섬유1: optical fiber
2: 시료/기재2: sample / substrate
3: 광원 (예를 들면, Ar 레이저)3: light source (eg Ar laser)
4: 광섬유용 조절 단위4: control unit for optical fiber
5: 광검출기5: photodetector
6: 검출 전자장치6: detection electronics
도 22
1: 광섬유1: optical fiber
2: 기재 (예를 들면, Au 증착 코팅된 Si 웨이퍼, 세포성 구조물)2: substrate (eg, Au deposition coated Si wafer, cellular structure)
R1: 수용체R1: receptor
W1: 활성 화합물W1: active compound
F: 형광 표지F: fluorescent label
도 33
1: 광섬유1: optical fiber
2: 기재 (예를 들면, Au 증착 코팅된 Si 웨이퍼, 세포성 구조물)2: substrate (eg, Au deposition coated Si wafer, cellular structure)
R1: 수용체R1: receptor
W1: 활성 화합물W1: active compound
F: 형광 표지F: fluorescent label
도 44
샌드위치 기술Sandwich technology
도 55
샌드위치 기술Sandwich technology
도 1에서 도식적으로 나타낸 바와 같은 SNOM 기기는 예를 들면 광원 (3)으로부터 Ar-레이저광이 공급되고, 조절 단위 (4)로 프로브 (2) 상에서 수행되는 광섬유 (1) 및 프로브 (2)에 의한 반사 또는 투과된 빛을 위한 검출 전자장치 (6)을 갖는 광검출기 (5)를 원칙적으로 나타낸다.The SNOM instrument, as shown schematically in FIG. 1, is for example provided to an optical fiber 1 and a probe 2 which are supplied with Ar-laser light from a light source 3 and carried out on the probe 2 in a control unit 4. In principle, a photodetector 5 with detection electronics 6 for reflected or transmitted light is shown.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명은 또한 활성 화합물, 특히 SNOM 기술이 사용되는 대량 스크리닝 분야에서의 스크리닝 방법에 관한 것이다. 이 기술의 도움으로, 프로브 및 샘플 사이의 거리가 몇 nm의 범위인 경우 개개 분자의 형광을 검출하는 것이 가능하다. 그러나, 신규 방법에서 SNOM 기술의 사용은 원칙적으로 형광법의 분야에만 제한되지 않고, 발견될 신규 활성 화합물이 광학 신호에서 변화를 일으키는 임의의 검출법에 사용될 수 있다. 결과적으로, 광학 신호는 형광과 별개로 흡착, 편광 또는 이러한 성질에 의존하는 파장의 변화일 수 있다.As already mentioned above, the present invention also relates to methods of screening in the field of mass screening in which the active compounds, in particular SNOM technology, are used. With the help of this technique, it is possible to detect the fluorescence of individual molecules when the distance between the probe and the sample is in the range of several nm. However, the use of SNOM technology in the novel method is in principle not limited to the field of fluorescence, and can be used for any detection method in which the new active compound to be found causes a change in the optical signal. As a result, the optical signal can be adsorption, polarization or change in wavelength dependent on these properties, independent of fluorescence.
본 발명의 신규 방법에 사용된 SNOM 기술도 마찬가지로 도 1, 2 및 3에 나타난 바와 같이 제한되지 않으며, 광학적 근거리는 광섬유에 의해 제공된다. 광섬유를 사용하여 가능한 것과 같은 유사한 해상도가 성취될 수 있는 유사한 해상도로 근거리를 제공하는 한 모든 스캐닝 광학 기기가 사용될 수 있다. 이들은 예를 들면, 전술한 4면 체 또는 광전도성 팁을 포함한다.The SNOM technique used in the novel method of the present invention is likewise not limited as shown in FIGS. 1, 2 and 3, and the optical proximity is provided by the optical fiber. All scanning optics can be used as long as they provide near field at similar resolutions where similar resolutions as possible using optical fibers can be achieved. These include, for example, the tetrahedron or photoconductive tip described above.
활성 화합물의 스크리닝을 위해 SNOM은 예를 들면, 다음 방법으로 유리하게 사용될 수 있다.SNOM can be advantageously used, for example, in the following manner for the screening of active compounds.
먼저, 수용체 R1 (도 2) 또는 대조 활성 W1 화합물 (도 3)을 기재 (2)의 적당한 표면 상에 고정시킨다. 본 명세서에서 용어 "수용체"는 예를 들면, 피브리노겐, 엔도텔린, DNA 또는 RNA, 가장 넓은 경우에 단백질 및 지질을 포함하지만, 또한 전세포 또는 조직의 일부까지 포함하여 매우 광범위하게 사용된다. 고정된 물질은 또한 이하에서 분자 A라고도 언급된다. 기재는 금이 증착 코팅된 실리콘 웨이퍼, 개질된, 예를 들면, 실란화된 실리콘 표면 또는 기타 평면 기재, 예를 들면, 운모, 흑연 등일 수 있다. 또한 생물학적 기재를 사용할 수 있지만, 전술한 무기 기재 상에 미리 고정시키는 것이 필요할 수 있다. 고정된 수용체 (R1) (도 2) 또는 대조 활성 화합물 (W1) (도 3)은 형광-표지된 활성 화합물 (W1-F) 또는 형광-표지된 수용체 (R1-F)에 의해 점유되고, 그 자체가 차단된다. 더 강한 결합을 형성하는 더 높은 친화도의 활성 화합물 W2가 첨가되면 [도 2b)] 또는 [도 3b)], 대조 활성 화합물 (W1)은 수용체 결합 부위로부터 방출되고, 활성 화합물 W2가 결합된다. 따라서, 형광-표지된 활성 화합물 W1은 표면으로부터 방출된다(도 2b). 대조 활성 화합물 W1이 기재에 고정되어 있고, 두 개의 활성 화합물 W1및 W2가 비고정되었지만, 형광-표지된 수용체에 결합하려고 경쟁하는 경우는 동일한 반응이 반대의 경우로 발생한다 (도 3). 두 가지 경우 모두에서, 외관상 상기 수용체 바로 위의 광섬유에 의해 기록된 형광이감소되거나 0으로도 떨어진다. 그러나, 또한 단지 조절, 예를 들면, 파장 의존도를 변조할 수 있다. 이 경우에, 이는 세기가 아니고, 변화하는 형광의 색상이다.First, receptor R1 (FIG. 2) or control active W1 compound (FIG. 3) is immobilized on a suitable surface of the substrate (2). The term "receptor" is used herein to include, for example, fibrinogen, endothelin, DNA or RNA, and in most cases proteins and lipids, but also very broadly, including parts of whole cells or tissues. The immobilized material is also referred to as molecule A below. The substrate may be a gold-coated deposition wafer, a modified, for example, silanized silicon surface or other planar substrate, such as mica, graphite, and the like. It is also possible to use biological substrates, but it may be necessary to pre-fix them on the inorganic substrates described above. The immobilized receptor (R 1 ) (FIG. 2) or the control active compound (W 1 ) (FIG. 3) is characterized by the fluorescently-labeled active compound (W 1 -F) or the fluorescently-labeled receptor (R 1 -F). Occupied, and itself blocked. When higher affinity active compound W 2 is added to form stronger bonds [FIG. 2B) or [FIG. 3B)], the control active compound (W 1 ) is released from the receptor binding site and the active compound W 2 is Combined. Thus, the fluorescently labeled active compound W 1 is released from the surface (FIG. 2B). If the control active compound W 1 is immobilized on the substrate and the two active compounds W 1 and W 2 are unfixed, but compete for binding to the fluorescently-labeled receptor, the same reaction occurs in the opposite case (FIG. 3). ). In both cases, the fluorescence recorded by the optical fiber directly above the receptor apparently decreases or even falls to zero. However, it can also only modulate the modulation, for example wavelength dependence. In this case, this is not the intensity, but the color of the changing fluorescence.
SNOM 기술을 사용한 신규 방법의 특별한 이점은 분산에 의해 용액내에서 자유롭게 이동하는 형광 분자가 SNOM 프로브에 의해 검출되지 않기 때문에 실질적으로 중요한 역할을 하지 않는다는 것이다. SNOM 사용과 관계된 정보로부터 기인한 부피는 신호의 높은 거리 의존도때문에 매우 작다. 그 부피는 몇 nm3에서 최대 몇 10,000 nm3이다. 따라서, 자유롭게 분산된 형광 분자는 이 방법에서 아무런 역할을 하지 않고, 매우 우수한 신호 대 잡음 비율을 갖는다. 이는 지금까지 공지된 매우 민감한 측정 방법에 대해 예를 들면, 반복된 세척에 의한 샘플의 시간-소비적 후처리가 불필요하다는 중요한 장점을 갖는다.A particular advantage of the novel method using SNOM technology is that it does not play a substantial role since fluorescent molecules that move freely in solution by dispersion are not detected by SNOM probes. The volume resulting from the information related to SNOM use is very small because of the high distance dependence of the signal. The volume is from several nm 3 up to some 10,000 nm 3 . Thus, freely dispersed fluorescent molecules play no role in this method and have a very good signal-to-noise ratio. This has the important advantage that the time-consuming post-treatment of the sample by, for example, repeated washing is unnecessary for the very sensitive measurement methods known to date.
이 관점에서, 광섬유에 의해 제공되는 근거리가 신규 방법에서 중요하지 않다는 것이 또한 확실하다. 적당한 근거리를 제공하는 임의의 방법은 전술한 장점을 갖는다.In this respect, it is also clear that the short distance provided by the optical fiber is not important in the novel method. Any method of providing a suitable locality has the advantages described above.
신규 방법의 추가 실시 태양이 도 4에 나타나 있다. 이는 신규 활성 화합물 Wx가 직접 검출된다는 점에서 설명한 도 1 내지 3에 나타낸 방법과 상이하다. 우선, 미지의 활성 화합물 Wx는 수용체 R1과 결합한다. 이 신규 활성 화합물 Wx는 그것이 기지의 활성 화합물 W1과 상이한 도메인(*)을 갖는다. 이 도메인을 검출하기 위해, 기지의 분자성 프로브, 예를 들면, 플루오레세인 이소티오시아네이트로 표지된 항체를 사용할 수 있다. 이 형광-표지된 항체는 활성 화합물 Wx 및 R1의 복합체에 결합된다. 이 방법에서 복합체는 검출된 형광에 의해 직접 검출될 수 있다.Further embodiments of the novel method are shown in FIG. 4. This is different from the method shown in FIGS. 1 to 3 described in that the novel active compound Wx is detected directly. First, the unknown active compound Wx binds to receptor R 1 . This novel active compound Wx has a domain (*) in which it differs from the known active compound W 1 . To detect this domain, an antibody labeled with a known molecular probe such as fluorescein isothiocyanate can be used. This fluorescently-labeled antibody binds to a complex of the active compounds Wx and R 1 . In this method the complex can be detected directly by the detected fluorescence.
신규 방법의 추가의 실시 태양을 도 5에 나타냈다. 이 실시 태양은 형광-표지된 항체가 미지의 활성 화합물 Wx에 직접 결합하지 않고, 수용체 R1에 결합하는 중에 그의 구조를 변화시킨다는 점 (다른 자리 입체 효과)에서 도 4에 나타낸 것과 상이하다. 구조내 이 변화는 수용체 상에 신규 구조 도메인을 노출시킨다. 생물학적 분자성 프로브, 예를 들면, 형광-표지된 항체는 이러한 도메인과 결합한다. 이 방법에서 신규 활성 화합물 Wx는 발생하는 형광을 통해 간접적으로 검출할 수 있다.Further embodiments of the novel method are shown in FIG. 5. This embodiment differs from that shown in FIG. 4 in that the fluorescently-labeled antibody does not directly bind to the unknown active compound Wx, but changes its structure during binding to the receptor R 1 (another site steric effect). This change in structure exposes new structural domains on the receptor. Biological molecular probes, such as fluorescently-labeled antibodies, bind these domains. In this way the novel active compound Wx can be detected indirectly via the fluorescence generated.
전술한 경우에 활성 화합물은 적합한 용매, 예를 들면, 수성 또는 에탄올성 염 용액 또는 적합한 용매로부터 첨가될 수 있다. 측정 자체는 용매 중 또는 건조된 샘플 상에서 수행할 수 있다. 활성 화합물의 분석은 개별적으로 수행할 필요없이 기타 화합물과의 혼합물을 포함하는 활성 화합물의 혼합물을 동일한 방법으로 분석할 수 있다(도 2 참조). ELISA 플레이트 [96-웰 나노 스케일 적정 플레이트] 및 상응하는 샘플 및 용액 처리 시스템, 예를 들면, 나노 스케일 구조 시스템용 자동 피펫을 사용한 고정이 가능하다. 물론 세포성 구조물에 고정된 수용체를 동일한 방법으로 분석하는 것도 가능하다.In the above case, the active compound may be added from a suitable solvent, for example an aqueous or ethanol salt solution or a suitable solvent. The measurement itself can be carried out in a solvent or on a dried sample. The analysis of the active compound can be carried out in the same way for a mixture of active compounds, including mixtures with other compounds, without having to be carried out individually (see FIG. 2). Fixation is possible using an ELISA plate [96-well nano scale titration plate] and a corresponding sample and solution processing system such as an automated pipette for nano scale structural systems. Of course, it is also possible to analyze receptors immobilized on cellular structures in the same way.
분자 - 수용체, 리간드 또는 기타 분자, 예를 들면, 신경수용체 또는 면역계 세포 상 수용체 또는 기재상에서 세포성 결합 단백질 -의 고정은 공유결합적 또는 비공유결합적일 수 있다. 비공유결합 고정은 예를 들면, 직접 흡착에 의해 일어난다. 그러나, 고정은 기재가 적당하게 활성화된 표면을 갖는 경우에 공유 결합을 통해 일어날 수도 있다. 예를 들면, 액상 흡착에서 기재 표면 (셀프-어셈블리 [S.Akari et al., Adv. Mater. 7 (1995) 549])은 티올카르복실산의 사용에 의해 활성화될 수 있다. 티올은 흡착에 의해 기재, 예를 들면, 금 표면에 산기가 외부와 면하게 결합한다.The immobilization of a molecule—a receptor, ligand or other molecule, for example a cellular binding protein on a receptor or substrate on a neuroreceptor or immune system cell—can be covalent or noncovalent. Non-covalent fixation occurs, for example, by direct adsorption. However, fixation can also occur via covalent bonds when the substrate has a suitably activated surface. For example, in liquid adsorption the substrate surface (self-assembly [S. Akari et al., Adv. Mater. 7 (1995) 549)) can be activated by the use of thiolcarboxylic acids. Thiol bonds acid groups on the substrate, for example, on the surface of gold, to face the outside by adsorption.
분자 A의 결합은 기재 표면 또는 티올카르복실산에 직접 일어날 수 없다. 또한 간접일 수 있다. 예를 들면, 스페이서가 전술한 티올카르복실산과 분자 A, 예를 들면, 단백질, 수용체, 리간드 등 사이에 배열될 수 있다. 이러한 형태의 스페이서는 아미노헥사노산 또는 스페르미딘이다. 이러한 분자는 전술한 티올카르복실산에 아미노기를 통해 결합할 수 있다.Bonding of molecule A cannot occur directly on the substrate surface or thiolcarboxylic acid. It may also be indirect. For example, a spacer can be arranged between the thiolcarboxylic acid described above and molecule A such as a protein, a receptor, a ligand, and the like. Spacers of this type are aminohexanoic acid or spermidine. Such molecules may bind to the aforementioned thiolcarboxylic acids via amino groups.
이어서, 분자, 즉 수용체 활성 화합물, 리간드 등이 기재 표면에 결합한다. 전술한 경우, 이 결합은 스페이서를 통해 공유결합적으로 일어난다.Subsequently, molecules, ie receptor active compounds, ligands, and the like, bind to the substrate surface. In the above case, this bonding occurs covalently through the spacer.
기재 표면과 분석할 분자 A 사이에 스페이서의 삽입이 몇 가지 이유, 예를 들면, 부적절한 입체 구조에 의해 여전히 부적절한 경우, 스페이서의 삽입 단계를 또한 여러번 반복할 수 있다.If the insertion of the spacer between the substrate surface and molecule A to be analyzed is still inadequate for several reasons, for example due to inadequate conformation, the insertion of the spacer can also be repeated several times.
예를 들어, 전술한 스페이서 아미노헥사노산의 두 개 이상의 분자는 서로 연결될 수 있다. 연결된 스페이서의 수에 대한 유일한 제한은 스페이서를 통해 결합되는 기재의 표면과 분자 A 사이의 거리가 너무 큰 경우, 매우 긴 스페이서가 자연적으로 상응하게는 가요성이고, 따라서 SNOM의 사용을 불가능하게 만들기때문에 말 그대로 더 이상 발생하지 않는다.For example, two or more molecules of the spacer aminohexanoic acid described above may be linked to each other. The only limitation on the number of connected spacers is that if the distance between the surface of the substrate and the molecules A joined via the spacer is too large, very long spacers are naturally correspondingly flexible, thus making the use of SNOM impossible. It literally no longer happens.
측정 원리때문에, 방법의 병행이 가능하다는 것이 매우 특히 유리하다. 단일 광섬유 대신에, 다수의 섬유를 동시에 사용하는 것도 가능하다. 이어서, 형광의 검출은 섬유 커플러 및(또는) 검출기 배열을 통해 일어날 수 있다. 따라서, 다수의 웰, 예를 들면, ELISA 플레이트 또는 전체 플레이트를 일반적으로 96 개의 검출 부위내로 직접 해독하는 것이 가능하다.Because of the principle of measurement, it is very particularly advantageous that the combination of methods is possible. Instead of a single optical fiber, it is also possible to use multiple fibers simultaneously. The detection of fluorescence can then take place via a fiber coupler and / or detector arrangement. Thus, it is possible to directly decipher a large number of wells, such as ELISA plates or whole plates, generally into 96 detection sites.
그러나, 이는 근거리 현미경 기기, 단일 또는 다중 샘플 홀더 및 SNOM 기기에 의한 단일 또는 다중 샘플 홀더의 개개의 구획을 어드레싱하기 위한 조절 기구를 포함하는 신규 장치를 사용하여 유리하게 수행된다. 물론 조절 방법이 역전되는 것, 즉 통상적인 현미경에서 움직이는 시료 단계와 같은 유사한 방법으로 이동 다중 샘플 홀더에 의한 근거리 현미경 기기를 어드레싱하는 것이 또한 가능하다.However, this is advantageously carried out using a novel apparatus comprising a near field microscope instrument, a single or multiple sample holder and a control mechanism for addressing individual compartments of the single or multiple sample holder by the SNOM instrument. It is of course also possible for the control method to be reversed, ie to address the near-field microscope instrument by a moving multiple sample holder in a similar manner as a moving sample step in a conventional microscope.
이 기기에서 다중 샘플 홀더는 유리하게는 다중웰 나노 스케일 적정 플레이트, 예를 들면, ELISA 시험에서 사용한 것과 같은 것이다. 이 형태의 다중 샘플 홀더는 바람직하게는 신규 활성 화합물 스크리닝 방법의 속도를 증가시키기 위해 소형화된 칫수를 가진다. 이 경우에 개개의 구획의 크기 (직경)에 대한 하한값은 단지 광섬유의 크기에 의해 정해진다. 따라서, 하한값은 약 10 nm이다.Multiple sample holders in this instrument are advantageously the same as those used in multiwell nanoscale titration plates, eg ELISA tests. Multiple sample holders of this type preferably have miniaturized dimensions to increase the speed of the novel active compound screening method. In this case the lower limit on the size (diameter) of the individual compartments is only determined by the size of the optical fiber. Therefore, the lower limit is about 10 nm.
원칙적으로 상한값은 없다. 그러나, 스크리닝 방법의 속도 최적화를 위해 소형화된 기기내 구획의 크기가 수 백 ㎛, 특히 500 ㎛를 초과하는 것이 매우 효과적이지는 않다. 바람직한 상한값은 150 ㎛이다.In principle, there is no upper limit. However, for speed optimization of the screening method it is not very effective for the size of the miniaturized compartments to exceed several hundred micrometers, especially 500 micrometers. Preferable upper limit is 150 micrometers.
이 방법으로 소형화된 홀더에서 속도를 최적화하기 위해 샘플을 함유한 개개의 구획이 통상적인 나노 스케일 적정 플레이트로부터 공지된 바와 같이 웰 형태를 가지는 것이 더 이상 필요하지 않다. 적합한 구조는 예를 들면, 실리콘 또는 기타 재료, 예를 들면, 플라스틱 또는 유리에 석판술 및(또는) 에칭 또는 스탬핑 방법에 의해 제조된 홈, 컵 또는 금속성 범프이다. 또한, 증착 구조 또는 셀프-어셈블리 방법에 의해 제조된 것을 생각할 수 있다. LIGA 방법에 의해 제조된 마이크로 구조가 또한 사용될 수 있다.It is no longer necessary for individual compartments containing a sample to have a well shape, as known from conventional nanoscale titration plates, in order to optimize the speed in a holder miniaturized in this way. Suitable structures are, for example, grooves, cups or metallic bumps made by lithography and / or etching or stamping methods on silicon or other materials such as plastic or glass. It is also conceivable to be produced by a deposition structure or a self-assembly method. Microstructures made by the LIGA method can also be used.
구획의 더 빠른 스캐닝을 위해, 구획이 컵, 홈통 또는 편평한 홈의 형태를 가지는 것이 충분하다. 신규 방법 또는 신규 장치에서 사용된 다중 샘플 홀더를 위한 가장 우수한 디자인은 단순하게 작은 물방울 형태로 위치한 조사할 샘플 상의 매우 편평한 평면 디스크로 구성되어 있다. 사용된 기재가 물방울 형태로 위치한 샘플 상의 Si 웨이퍼인 경우, 문제의 영역이 표면 구조에서 주변과 상이한 것이 바람직하다. 예를 들면, 웨이퍼가 금이 증착 코팅된 영역을 갖는 경우, 개개의 구획이 금 베이스를 갖는 것이 바람직하지만, 소수성 실리콘이 서로로부터 개개의 구획을 분리한다.For faster scanning of the compartment, it is sufficient for the compartment to have the form of a cup, trough or flat groove. The best design for multiple sample holders used in the new method or new device consists of a very flat planar disk on the sample to be irradiated, which is simply located in the form of droplets. If the substrate used is a Si wafer on a sample located in the form of droplets, it is preferable that the area in question is different from the surroundings in the surface structure. For example, if the wafer has regions coated with gold deposition, it is preferred that the individual compartments have a gold base, but hydrophobic silicon separates the individual compartments from each other.
근거리 현미경 기기, 샘플용 구획 및 조절 기구를 갖는 단일 또는 다중 샘플 홀더를 포함하는 전체 장치는 조절 기구가 SNOM 기기가 아닌 다중 샘플 홀더를 조절하는 방법으로 현미경 단계가 통상적인 현미경 (이미 전술함)을 사용한 광 현미경법의 영역에서 이동하는 것과 유사한 방법으로 개조될 수 있다.The entire apparatus, including a single or multiple sample holder with a near microscope instrument, a compartment for a sample, and an adjustment mechanism, controls a microscope (already described above) in which the microscopy step is such that the adjustment instrument controls multiple sample holders rather than SNOM instruments. It can be adapted in a manner similar to moving in the area of light microscopy used.
조절 메카니즘 자체는 기타 컴퓨터-조절된 기기, 예를 들면, 스텝핑-모터 조절 시스템으로부터 당업계의 기술자에게 공지된 것과 유사할 수 있다.The regulating mechanism itself may be similar to that known to those skilled in the art from other computer-controlled instruments, eg, stepping-motor regulating systems.
일반적으로, 이러한 형태의 다중 샘플 홀더의 개개의 구획은 임의의 바람직한 방법, 특히 사각형 또는 원형 구조로 배열될 수 있다.In general, the individual compartments of the multiple sample holders of this type can be arranged in any desired manner, in particular in rectangular or circular structure.
신규 방법의 실시예를 하기에 나타냈다:Examples of novel methods are shown below:
형광은 시판의 SNOM 기기 (예를 들면, Aurora, TopoMetrix Inc.)를 사용하여 검출하였다. 사용된 기재는 금이 증착 코팅된 ELISA 플레이트 또는 Si 웨이퍼였다. 티올카르복실산을 액상 흡착 (셀프-어셈블리)으로 기재에 도포하였다. 티올은 금 표면에 결합하고, 산기는 외부로 향한다. 관계된 수용체, 예를 들면, 아비딘 또는 트롬빈을 펩티드 결합을 통해 그 위에 고정시켰다.Fluorescence was detected using a commercially available SNOM instrument (eg Aurora, TopoMetrix Inc.). The substrate used was a gold-deposited ELISA plate or Si wafer. Thiolcarboxylic acid was applied to the substrate by liquid adsorption (self-assembly). The thiols bind to the gold surface and the acid is directed outwards. Relevant receptors such as avidin or thrombin were immobilized thereon via peptide bonds.
이것은 카르복실-개질된 표면 또는 팁을 전술한 스페이서 (예를 들면, 아미노헥사노산 또는 스페르미딘) 또는 기타 리간드로 유도하여 수행하였다. 이를 위해 기재 또는 금 팁의 카르복실기를 5 분간 100 mM N-히드록시숙신이미드 (C4H5NO3) 및 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 (히드로클로라이드) C8H18ClN3및 아미노헥사노산 또는 스페르미딘 (각각 100 mM)으로 배양하였다.This was done by deriving the carboxyl-modified surface or tip with the spacers described above (eg aminohexanoic acid or spermidine) or other ligands. To this end, the carboxyl groups of the substrate or gold tip are 100 mM N-hydroxysuccinimide (C 4 H 5 NO 3 ) and N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide (hydrochloride) for 5 minutes. Incubated with C 8 H 18 ClN 3 and aminohexanoic acid or spermidine (100 mM each).
이어서, 아미노헥사노산-유도된 표면을 전술한 바와 같이 N-히드록시숙신이미드 및 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드로 재활성화시키고, 아미노-함유 리간드 (예를 들면, 트롬빈 또는 기타 단백질) 약 100 ㎍/ml의 농도로 다시 반응시켰다. 그러나, 표면에 저분자량 리간드, 예를 들면, 하기의 트롬빈 억제제를 결합하는 것도 가능하다.The aminohexanoic acid-derived surface is then reactivated with N-hydroxysuccinimide and N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide as described above and the amino-containing ligand (eg For example, thrombin or other protein) was reacted again at a concentration of about 100 μg / ml. However, it is also possible to bind low molecular weight ligands such as the following thrombin inhibitors to the surface.
선택된 스페이서가 스페르미딘인 경우, 그의 자유 아미노기는 리간드의 활성화된 카르복실기와 반응할 수 있다. 이 활성화된 카르복실기는 마찬가지로 전술한 방법에 의해 제조할 수 있다. 그러나, 공지된 기타 방법, 예를 들면, 카르복실기를 활성화시키기 위한 펩티드 합성은:If the spacer selected is spermidine, its free amino group can react with the activated carboxyl group of the ligand. This activated carboxyl group can likewise be produced by the aforementioned method. However, other known methods, such as peptide synthesis for activating carboxyl groups, are:
a) 클로로포름산, EEDQ, IIDQ를 사용하여 카르복실산을 활성화시켜 혼합된 무수물을 수득함,a) carboxylic acid is activated using chloroformic acid, EEDQ, IIDQ to obtain mixed anhydrides,
b) 카르보디이미드를 사용하여 카르복실산을 활성화시켜 대칭적 무수물을 수득함,b) activating the carboxylic acid with carbodiimide to give a symmetric anhydride,
c) 활성 에스테르로서, 예를 들면, 카르보디이미드, 벤조트리아졸의 우레늄염 또는 우레늄염을 사용하여 일반적으로 및 가능하게는 펜타플루오로페놀, 히드록시숙신이미드, 히드록시벤조트리아졸 또는 그의 유도체를 활성화함,c) generally and possibly pentafluorophenols, hydroxysuccinimides, hydroxybenzotriazoles, using, for example, carbodiimides, urenium salts or urenium salts of benzotriazoles as active esters Or activating derivatives thereof,
d) 할라이드 또는 수도할라이드로서, 예를 들면, TFF를 사용한 플루오라이드, BrOP를 사용한 브로마이드 또는 아지드로서 사용할 수 있다.d) As a halide or water halide, it can be used, for example, as fluoride using TFF, bromide using BrOP or azide.
이어서, 형광-표지된 아비딘 또는 트롬빈을 첨가하여 기재의 표면 상에 형광 복합체의 정보를 갖는 대조 활성 화합물을 직접 결합시켰다. 이 개개의 분자 형광을 SNOM에 의해 검출할 수 있었다. 이어서, 더욱 효과적인 활성 화합물을 갖는 혼합물을 첨가한 경우, 표지된 아비딘 또는 트롬빈이 그의 결합으로부터 떨어지고, 형광의 감소와 함께 표면으로부터 분산되었다. 그러나, 첨가된 혼합물에 존재하는 더욱 효과적인 활성 화합물은 기재 표면 상에 고정된 활성 화합물과 동일한 자리에 결합할 필요는 없다. 형광-표지된 분자의 결합시 감소는 기재 상 다른 자리의 결합을 통해서도 일어날 수 있다. 이어서, 구조의 변형 (다른 자리 입체 효과)은 기재 표면 상에 고정된 리간드에 대한 형광-표지된 분자의 친화도를 감소시켜서 형광 분자의 단지 일부만이 표면에 결합되어 남아 있고, 따라서 형광은 감소한다.Fluorescently-labeled avidin or thrombin was then added to directly bind the control active compound with information of the fluorescent complex on the surface of the substrate. These individual molecular fluorescences could be detected by SNOM. Then, when a mixture with a more effective active compound was added, labeled avidin or thrombin fell from its bond and dispersed from the surface with a decrease in fluorescence. However, the more effective active compounds present in the added mixture do not have to bind in the same place as the active compounds immobilized on the substrate surface. Reduction in binding of fluorescently-labeled molecules can also occur through binding of other sites on the substrate. Subsequent modification of the structure (an alternative site steric effect) reduces the affinity of the fluorescently-labeled molecules for the ligands immobilized on the substrate surface such that only a portion of the fluorescent molecules remain bound to the surface, thus reducing fluorescence .
기재로서 사용될 수 있는 세포성 구조물의 예로서는 특히 막-고정 수용체, 고유의 신호-변환 수용체 (예를 들면, G-단백질, 리간드- 및 전압-의존성 이온 채널에 커플링된 수용체), 또는 면역계의 세포 상 수용체 또는 혈소판 (예를 들면, GPIIb/IIIa 수용체) 및 주요 세포성 표적의 세포 상 순수한 결합 단백질이 언급될 수 있다.Examples of cellular constructs that can be used as substrates are in particular membrane-fixed receptors, native signal-transducing receptors (e.g., receptors coupled to G-proteins, ligand- and voltage-dependent ion channels), or cells of the immune system. Mention may be made of phase receptors or platelets (eg, GPIIb / IIIa receptors) and pure binding proteins on the cells of major cellular targets.
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